物質輸送とダイナミクスから探る生体分子-水相互作用と生体高品位保存への知見の展開

从传质和动力学探索生物分子-水相互作用以及高质量保存生物体的知识发展

基本信息

批准号：
19J00694
负责人：
松浦弘明
金额：
$ 3.08万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

令和3年度の主な成果を以下に挙げる.(1) 生体分子水溶液の誘電分光におけるクラマース・クローニッヒの関係を用いた解析の有効性の確認生体分子の水溶液など導電性を示す系の誘電分光においては, 誘電率虚部のスペクトルの数GHzまでの周波数領域に直流導電率成分の寄与があらわれ, この周波数領域で観測される水分子のスローダイナミクスの評価を困難にすることが知られている. スペクトルの低周波領域に対するフィッティングを行ってこの直流導電率を評価・除去する方法が用いられる場合もあるが, この従来の手法は低周波領域に別の緩和がある場合に直流導電率成分の見積りが困難であることが指摘されていた. 本研究では, 直流導電率成分を含まない誘電率実部のスペクトルからクラマース・クローニッヒの関係を用いて誘電率虚部を求める方法を確立し, 代表的なタンパク質であるリゾチーム水溶液の誘電分光の解析に適用した. この結果を, 従来の手法による過去の文献と比較した結果, 約20GHzに見られるバルク様の水分子による誘電緩和(γ緩和)は一致したが, サブGHzに見られる生体分子と相互作用した水分子ダイナミクスの情報を含む誘電緩和(δ緩和)には違いが見られた. この偏差は従来の手法のフィッティングによる直流導電率成分の除去の不確かさによるものであると考えられ, 本研究のクラマース・クローニッヒの関係を用いた解析がこの不確かさの影響を受けない手法として, とくにサブGHzの誘電緩和の解析に有効であることを示した.(2) 生体分子の保存と保護物質水溶液の物性との関係の整理バイオマーカー酵素である乳酸脱水素酵素(LDH)を保護物質水溶液に混合し, 恒温器中で保存し残存活性を評価した. この結果を, 保護物質水溶液に対する誘電分光で評価された水分子ダイナミクスや, ソーレー強制レイリー散乱法による物質拡散の測定結果と比較し, これらが生体分子の保存に及ぼす影響について知見を整理した.

2021财政年度的主要结果如下。（1）使用Kramers-kronig之间的关系证实分析的有效性，该系统中水性生物分子的介电光谱法的介电光谱检查表现出表现出电导率的系统的介电谱检测，例如水性生物分子（例如水性生物分子），DC电导率成分在频率范围内出现频率范围，以评估频率的频率范围，使得ITIEL ITILIAL IT ITILIAL IT ITILIAL IT ITILIAL IT IT IT IT IT IT IT IT IT IT IT IT IT IT ITICR进行了Impartirial Itials Itions Itions Itions Itions Itials Itials Itions出现在ITCH上。在此频率范围内观察到的水分子。尽管有时通过拟合频谱的低频范围来评估和去除该直流电导率的方法，但已经指出，当低频范围内另一种放松时，这种常规方法很难估算DC电导率成分。在这项研究中，我们建立了一种方法，该方法是使用不包含DC电导率成分的实际介电部分的kramers-kronig关系来确定介电虚部的方法，并将其应用于典型的蛋白质溶菌酶水溶液的介电光谱法分析。将该结果与以前的文献使用常规方法进行了比较，并发现在约20 GHz处的大量水分子的介电松弛（γ弛豫）是一致的，但是介电松弛（Δ弛豫）却有差异，其中包含有关与生物菌群相互作用的水分子动力学的信息。人们认为这种偏差是由于常规方法中的配件去除DC电导率成分的不确定性，并且表明，这项研究中使用Kramers-Kronig关系的分析对于分析Sub-GHz的介电弛豫特别有效，因为该技术不受这种不确定的影响。（2）分类生物分子保存与水性保护物质的性质之间的关系。乳酸脱氢酶（LDH）（一种生物标志物酶）与水保护物质溶液混合，并存储在恒温系统中以评估残留活性。将结果与通过电介质光谱评估水分子动力学的结果进行了比较，用于水性保护物质溶液，并使用底底强迫雷利散射方法进行材料扩散的测量结果，以及这些结果对这些保护对生物分子保存的影响。